ナノ添加の効果

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5063 (2023) この記事を引用

銀ナノ粒子 (AgNP) と酸化チタン ナノ粒子 (TiO2-NP) で強化されたヒドロキシプロピル メチルセルロース (HPMC) をベースとしたバイオ複合フィルムが開発されました。 いくつかの物理的および機械的特性: 引張強度 (TS)、伸び (E)、ヤング弾性率 (EM)、水蒸気透過性 (WVP)、および透明度が測定されました。 これらのフィルムの抗菌特性も研究されました。 Ag NPとTiO2-NPで強化されたHPMCフィルムとナノ粒子を含まないHPMCの引張強度値は、それぞれ39.24、143.87、157.92 MPaでした。 HMPC フィルムの伸びは、AgNP および TiO2-NP で強化された HPMC フィルムよりも小さく、結果はそれぞれ 2、35、および 42% でした。 さらに、HMPC 膜のヤング弾性率は 19.62 MPa と測定され、AgNP と TiO2-NP で強化された HPMC 膜はそれぞれ 4.11 MPa と 3.76 MPa でした。 HMPC 膜の WVP 値は、AgNP および TiO2-NP で強化された HMPC 膜よりも高く、それぞれ 0.5076 × 10−3、0.4596 × 10−3、0.4504 × 10−3 (g/msPa) でした。 ナノ複合フィルムは、接触表面ゾーンでテストされた病原菌に対して強力な抗菌活性を示しました。 80 ppm での AgNP (約 10 nm) の抗菌活性は、食中毒病原体、つまりセレウス菌や大腸菌に対して 20 および 40 ppm よりも活性が高く、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 9 および 10 mm でした。 同様に、80 ppm の TiO2-NP (約 50 nm) は、B. cereus および Salmonella Typhimurium に対して 20 ppm および 40 ppm よりも活性が高く、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 11 mm および 10 mm でした。

食品分野では、ナノ材料、特に包装材料の使用が非常に重要かつ魅力的なものとなっています。 生鮮食品の賞味期限を延ばすための適切な包装材料として、可食性フィルムやコーティング材料が一般的に使用されています。 これらのナノマテリアルは、体積に対する表面積の比率が高いこと、および色、溶解度、強度、拡散率、毒性、磁気、光学、熱力学などの他のユニークな物理化学的特性により、他の材料と比較して際立った特性を持っています1。 ナノテクノロジーは新たな産業革命をもたらし、先進国も発展途上国もこのテクノロジーへのさらなる投資に関心を持っています2。 したがって、ナノテクノロジーは、農業、食品、医療などのさまざまな分野で、新しい特性を備えた構造、材料、またはシステムの開発および応用の幅広い機会を提供します。ナノフードの市場規模は、2013 年に約 355 億米ドルと推定されています。 2020 年には 1,000 億米ドル3。

セルロースは環境中に最も豊富に存在する有機化合物であり、再生可能、リサイクル可能、生分解性 (炭素、水素、酸素に) が可能です4。 特に、セルロースは熱可塑性ポリマーではないため、包装目的に適していますが、そのエステル誘導体 (メチルセルロース (MC)、ヒドロキシプロピル メチルセルロース (HPMC)、ヒドロキシプロピル セルロース (HPC)、およびエチル セルロース (EC)) は生分解性の熱可塑性ポリマーです。 。 ヒドロキシプロピルメチルセルロースと MC は冷水に可溶ですが、加熱後は 50 ～ 80 °C での加熱プロセスにより熱可逆性の比較的硬いゲルを形成します5,6。 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、無臭、無味、透明、安定、耐油性、無毒で、良好なフィルム形成特性を備えた食用材料です。 これはグルコース分子の線形構造を持つ非イオン性ポリマーであり、そのマトリックスは水素結合を使用して安定化されています 7,8。

銀ナノ粒子は、複数の共生生物や病原菌株に対する抗菌力が確立されているため、最も研究されているナノ粒子の 1 つです9。 細菌株以外にも、銀ナノ粒子は複数の真菌やいくつかのウイルスに対して阻害作用があることが知られています10。 銀は、その DNA、タンパク質、酵素に結合することで細菌の代謝を標的とします。 静菌効果が生じる11。 銀ナノ粒子は外膜と細胞質膜の両方を不安定化し、破壊します12。 銀ナノ粒子は呼吸鎖酵素も阻害し、活性酸素種 (ROS) の生成を刺激する可能性もあります13。